440 Глава 19. Антибиотики
h 2n |
О |
. c h 2-o c o n h 2 |
|
R = Н: митомицин С |
|
ОМе |
СН3 |
R=CH3: порфиромицин |
|
N— R |
Эти антибиотики были выделены из Streptomyces caespitonis. Они содер жат в своей структуре азиридиновое кольцо, остаток хинона и уретановую группу. Клинически наиболее широкое применение нашел митомицин С, ко торый обладает широким спектром действия: подавляет как грамположительные, так и грамотрицательные бактерии, а также риккетсии. Он ингиби рует рост раковых опухолей (саркомы, аденокарциномы, меланомы) и прояв ляет мутагенный эффект.
Механизм действия митомицина заключается в ферментативном восста новлении фрагмента хинона до гидрохинона с последующим спонтанным элиминированием метоксигруппы. Образующийся короткоживущий продукт,
вкотором индол содержит два активных центра - азиридиновое кольцо и ме тиленовую группу метиленуретановой боковой цепи, способен как алкилировать, так и образовывать межцепочечные сшивки в ДНК (рис. 123). Образо вание семихинонных радикалов при восстановлении хинона в гидрохинон было зарегистрировано с помощью ЭПР-спектроскопии.
Кантибиотикам, образующим ковалентные сшивки с ДНК, относятся и пиррол(1,4)-бензодиазепиновые антибиотики. Это антрамщин, выделен ный из термофильной культуры Streptomyces refuineus subsp. thermotolerans,
атакже из культуры Streptomycts sp., томаймицин, выделенный из Streptomy ces achromogenes subsp. tomaymyceticus и неотрамицины А и В (Streptomyces sp.). Одним из представителей этой группы является антибиотик сибиромицин, выделенный из Streptosporangium sibiricum, названный так в связи с на личием в его структуре аминосахара сибирозамина (рис. 124).
Эти антибиотики подавляют рост грамположительных бактерий и оказы вают противоопухолевое действие, однако все они вызывают кардиотоксическое действие, что препятствует их широкому использованию в терапии.
Антрамицин, томаймицин и сибиромицин содержат в положениях 10, 11 карбиноламиновую группировку, а в случае неотрамицинов - азометиновую группировку вместо карбиноламиновой. В водных растворах азометиновая группа легко гидролизуется и переходит в карбиноламиновую. Кроме того,
вструктуре имеются фенольные гидроксильные группы и довольно часто - ненасыщенная боковая цепь в пиррольном кольце. Эти антибиотики связы ваются в малой бороздке с последовательностями 5’-PuGPu-3’ Эффектив
ность связывания падает в ряду: 5’-PuGPu > 5’PyGPy « 5’-PuGPy » 5’- PyGPy.
§ 19.5. Антибиотики - ингибиторы репликации и транскрипции |
441 |
„OCONH |
OCONHL |
Рис. 123. Механизм образования ковалентных аддуктов митомицина С с ДНК
442 |
Глава 19. Антибиотики |
Неотрамицин A R1 = Н, R2 = ОН |
Томаймицин |
R1 = ОН, R2 = Н
Сибиромицин
Рис. 124. Пирроло(1,4)-бензодиазепиновые антибиотики
Пирроло(1,4)-бензодиазепиновые антибиотики реагируют с ДНК с обра зованием ковалентного аддукта через экзоциклическую аминогруппу гуанина.
§19.5. Антибиотики - ингибиторы репликации и транскрипции______ 443
Вонкологической практике нашла применение группа антибиотиков, расщепляющих нуклеиновые кислоты. К этой группе относятся блеомицин, флеомицин и другие близкие по структуре антибиотики. Их изучение показа ло, что для деградации ДНК требуется участие иона железа (И), молекуляр ного кислорода 0 2 и восстанавливающего агента, такого как меркаптоэтанол
SHCH2CH2OH или дитиотреит SHCH2CH2CH2CH2SH.
Блеомицины - это семейство гликопептидных антибиотиков. Их структу ра состоит из трех доменов, в которые входят аминокислоты, амины, L-глюкоза, карбамоил-О-манноза и/или другие сахара. Остатки пиримидина, р-аминоаланина и Р-гидроксиимидазола вовлекаются в хелатирование иона железа (домен 1). При взаимодействии с кислородом происходит активация блеомицина, что и приводит к последующему расщеплению ДНК. Битиазольный остаток и заряженный «хвост» - 3-аминопропилдиметилсульфонат - ответственны за связывание и специфичное присоединение к узнаваемой по следовательности ДНК (домен 2). Остатки глюкозы (или гулозы) и карбамоилированной маннозы, вероятно, ответственны за накопление блеомицина в опухолевых клетках и не требуются для проявления расщепляющей ДНК
444 |
Глава 19. Антибиотики |
активности. Строение хелатированного иона железа в составе домена 1 пред ставлено на следующй схеме:
n h 2 d
Q О......'Ч
сахаР
Активация же блеомицина осуществляется, по-видимому, следующим об разом:
0 2
Fe(ll) + Blm |
Fe(ll) • Blm |
Fe(ll). Blm. о |
|
|
Fe(ll) • Blm • 0 2 |
окисленная |
к |
4 |
Д и ^ |
V 2- |
Fe(lll). Blm |
2- |
O = Fe(V)Blm |
Fe(lll) - Blm . 0 2 |
О - Fe(lll). Blm
Этот механизм предполагает образование оксокомплекса высоковалент ного железа. Согласно современным представлениям оксокомплексы прини мают участие в реакциях окисления, катализируемых монооксигеназами, со держащими гем, например, при функционировании цитохрома Р450 и перок-
§ 19.5. Антибиотики - ингибиторы репликации и транскрипции |
445 |
сидаз. Блеомицин, таким образом, является уникальным негемовым комплек сом железа, способным катализировать процессы окисления по механизму, аналогичному работе монооксигеназ.
Показано, что деградация ДНК в присутствии комплекса блеомицина с железом происходит с образованием двух наборов продуктов (рис. 125):
а) в присутствии избытка 0 2 происходит разрыв цепей ДНК с образовани ем пропеналей гетероциклических оснований, концевых фрагментов в форме З’-фосфогликолятов и 5’-фосфатов;
б) при недостатке 0 2 образуются свободные гетероциклические основа ния, разрыв цепей ДНК происходит только в щелочных условиях с образова нием З’-и 5’-фосфатов и окисленных остатков рибозы.
Ключевым моментом механизма является отрыв атома водорода от С4’- рибозы с образованием радикала. В присутствии избытка кислорода проис ходит образование С4’-пероксирадикала, который далее восстанавливается до гидроксиперекиси. Последняя изомеризуется с помощью перегруппировки Криге с внедрением атома кислорода из перекисной группы в связь С3’-С4’ Образующийся интермедиат расщепляется с образованием З’-фосфо- гликолята, пропеналя гетероцикла и 5’-фосфатсодержащего фрагмента нук леотидной цепи (путь а).
При недостатке кислорода С4’-радикал окисляется далее до С4’-катиона, который присоединяет гидроксильный анион от молекулы Н20 среды и пре вращается в С4’-гидроксипроизводное. Далее оно гидролизуется самопроиз вольно, элиминируя гетероцикл, а затем после обработки щелочью по меха низму р-элиминации - 35-фосфатную группу, что и приводит к расщеплению цепи. При этом образуются фрагменты ДНК с 5’-фосфатной группой и фраг мент, несущий на 3’-концевом фосфате окисленный остаток рибозы (путь б).
Глава 19. Антибиотики
путь а
путь б
О |
О |
<он |
I |
I |
R 0 - P - 0 - I |
R O P -0 -. |
|
0 |
0 |
0=Р-0 |
0 = Р - 0 - |
1 |
1 |
OR’ |
OR' |
XR |
XR |
|
|
У |
О |
О |
И |
и |
|
О- |
RO-P-CK, Л п |
О |
сн^ °' |
0=^-0- |
OR'
В
OR'
XR
^ |
•о. |
Н |
|
н |
0=Р-0 |
|
I |
|
OR' |
|
XR |
° |
О |
1 |
RO-P-С Ь ^Л ^ |
о- |
н ot) |
>
0‘
OR"
•о н /
O'
Рис. 125. Механизм расщепления ДНК блеомицином
§ 19.5. Антибиотики - ингибиторы репликации и транскрипции |
447 |
В группу антибиотиков, расщепляющих ДНК, входят также соединения ендиильной природы - соединения с системой сопряженных кратных связей (двойных и тройных).
Первым из антибиотиков этой группы был открыт неокарциностатин, который продуцируется культурой Streptomyces carzinostaticus. Приведенная хромофорная группировки, имеющая бициклический ендииновый скелет, не ковалентно связана с белком (полипептидом, состоящим из ИЗ аминокислот и обладающим протеазной активностью).
ОМе
В настоящее время из разных микроорганизмов выделена серия антибио тиков, содержащих ендииновый скелет. Ниже приводятся некоторые приме ры. Так, Micromonospora echinospor является продуцентом калихеамицина у\.
448 Глава 19. Антибиотики
Из Micromonospora chersina выделен антибиотик динемицин А.
Он проявляет высокую активность против многих видов опухолей и об ладает низкой токсичностью. В 1985 году был выделен антибиотик эспера-
мицин.
ОН
Эсперамицин
Один из группы антибиотиков, представляющих собой нековалентно свя занные комплексы между неустойчивыми хромофорами и стабилизирующи ми их белками - кедарцидин, был выделен в 1992 году. Он активен в отноше нии грамположительных бактерий. Все эти антибиотики содержат 1,5-диин- 3-еновую мостиковую группировку.
§19.5. Антибиотики - ингибиторы репликации и транскрипции |
449 |
НзСч /С Н 3
н3с -о
Кедарцидин
Действие ендииновых антибиотиков на ДНК связано со способностью их подвергаться реакции циклоароматизации (реакция Бергмана), протекающей через промежуточное образование радикалов, способных повреждать ДНК.
Н
37 °С
о"
Механизм расщепления обеих цепей ДНК калихеамицином представлен на схеме.
